一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法

摘要

本申请提供了一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法，开发了动态响应速度更快的活套控制模型，根据活套高度实际值与活套高度设定值的偏差值大小来动态调整PID调节器的比例系数：当偏差值小于30mm且大于等于10mm时，增加比例系数至8；当偏差值小于10mm且大于等于5mm时，降低比例系数Kp为5，适当降低比例系数为5；当偏差值小于5mm且大于等于1mm时，将比例系数下降至2；通过动态调整PID调节器的比例系数，可实现轧机速度调节量的快速响应，以最短的时间将活套高度实际值调整至活套高度设定值，解决了活套调节慢的问题，经检测将调整时间减小至100ms，调整时间减小了50%，达到了活套稳定控制的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及轧制活套控制技术领域，尤其是涉及一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法。

背景技术

某高速棒材生产线是国内最早引进国外西马克进口设备的全自动化生产线，设计年产量100万吨，主要产品为10-50螺纹钢，其预精轧6架机组采用平-立-平-平-平-平布置形式。自投产以来，预精轧区域经常出现活套起套慢，轧机速度调节慢，起落套不稳定等情况。

变速度差控制为套量控制(△v一△H)，基本过程是头部起套-中间稳定为设定套量-尾部收套。通过活套扫描器测量反馈出活套高度实际值，并与活套高度设定值进行比较，然后根据其偏差值作为活套调节器的修正信号，并运用PID调节输出调节量，来调整上游机架的速度。这种调节方式调节速度比较慢，难以满足现场生产实际需要。

因此，需重新设计活套控制程序模型，开发预精轧活套比例系数动态响应算法，用于保证高速棒材成品尺寸精度稳定，实现无张力轧制，消除轧制过程中各种动态干扰引起的张力波动。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法，活套采用带微分的PID控制器控制，紧邻该活套的上游轧机的轧辊的旋转速度由PID计算模型计算得出，PID计算模型中包括比例系数Kp；

当活套高度实际值与活套高度设定值之间的偏差值小于30mm且大于等于10mm时，增加比例系数Kp至8；

当活套高度实际值与活套高度设定值之间的偏差值小于10mm且大于等于5mm时，降低比例系数Kp为5；

当活套高度实际值与活套高度设定值之间的偏差值小于5mm且大于等于1mm时，将比例系数Kp下降至2。

优选的，轧制生产线中共有8个活套，具体为：中轧中设置2个活套，预精轧中设置4个活套，精轧中设置2个活套。

本申请提供了一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法，针对现有活套自动控制程序存在的弊端，重新开发了动态响应速度更快的活套控制模型，根据活套高度实际值与活套高度设定值的偏差值大小来动态调整PID调节器的比例系数：

当偏差值小于30mm且大于等于10mm时，增加比例系数至8；

当偏差值小于10mm且大于等于5mm时，降低比例系数Kp为5，适当降低比例系数为5；

当偏差值小于5mm且大于等于1mm时，将比例系数下降至2；

通过动态调整PID调节器的比例系数，可实现轧机速度调节量的快速响应，以最短的时间将活套高度实际值调整至活套高度设定值，这样可解决活套调节慢的问题，经检测将活套高度实际值调整至活套高度设定值的调整时间减小至100ms，调整时间减小了50%，达到了活套稳定控制的效果。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请提供了一种高速棒材轧制中活套优化控制的方法，活套采用带微分的PID控制器控制，紧邻该活套的上游轧机的轧辊的旋转速度由PID计算模型计算得出，PID计算模型中包括比例系数Kp；

当活套高度实际值与活套高度设定值之间的偏差值小于30mm且大于等于10mm时，增加比例系数Kp为8；

当活套高度实际值与活套高度设定值之间的偏差值小于10mm且大于等于5mm时，降低比例系数Kp为5；

当活套高度实际值与活套高度设定值之间的偏差值小于5mm且大于等于1mm时，将比例系数Kp下降为2。

在本申请的一个实施例中，轧制生产线中共有8个活套，具体为：中轧中设置2个活套，预精轧中设置4个活套，精轧中设置2个活套。

本申请中，活套是用来检测和调整相邻机架间速度关系从而实现无张力轧制的一种手段。活套控制是对相邻机架间金属秒流量差异进行测量的基础上进行的，金属秒流量差异导致机架间堆钢或拉钢，轧件由起套辊引导使其形成活套。在线活套扫描仪可实时反馈实测活套高度，控制系统将实测活套高度与设定活套高度进行比较从而产生速度修正信号，调整上游机架速度以维持活套高度(活套量)在给定值上不变，从而实现其前后机架间正确的速度配合。当上游道次金属秒流量小于下游道次金属秒流量时，套量就渐渐减少，套高降低；金属秒流量相等时则套高不变。活套控制就是通过改变与活套相关机架速度来实现的。活套由活套台、支撑辊、导槽、起套辊及活套扫描器等组成。支撑辊、起套辊起着对轧件的导向和支持作用。起套辊、转向导板均由气缸驱动，起套辊气缸由双电磁阀控制。

本申请中，活套控制功能适用于轧件断面小、轧制速度较快的场合，能消除连轧机架的动态速度变化的干扰，保证轧件精度，活套可以实现无张力轧制。所谓无张力轧制即是在轧制过程中，机架间轧件不存在拉钢关系，是通过改变活套存储量来实现的。当相邻两机架间轧件受拉时，套量减小，可起缓冲作用，防止机架间产生张力，免使轧件断面拉缩，影响轧件尺寸的精度；另一方面吸收过量的轧件，防止堆钢而造成机架间的堆钢事故。但是，活套的套量调节范围及套量的存储量是有限的，当相邻机架速度匹配不合理或其它原因而使起套量偏差太大，自动控制系统来不及或无法调节，就会引起堆钢。当由于外界条件引起活套大小改变而使活套偏离设定套位时，实际套量不等于设定套量，活套调节器便有输出，通过速度调节系改变活套上游机架速度，并逆向级联调节上游所有机架速度，这种调节会因每一条钢而有所不同，直到稳定为止。

本申请中，起套完成后，即进入活套稳定控制阶段。根据活套扫描仪得到不断变化的套量，通过电控脉冲信号不断地传递给电控系统，系统按逆向级联控制的方向调整相邻上游14 个机架的速度，这就相当于连续地修正上游相邻14个机架的速度来保证活套的高度与活套高度设定值一致。活套调节是为了补偿轧件尺寸或温度变化而引起的套量变化。操作人员也要密切关注活套的运行情况，当活套高度超过允许最大高度或者存在严重拉钢的情况下，因超出活套自动控制调整范围，自动控制失效，应及时采取手动控制，以保证生产的安全进行。

本申请中，活套的起套控制过程，以14一15机架间立活套为例，其它活套类似，当14机架活套扫描器检测到轧件头部并延时t1秒，自动控制系统送一个起套信号给电磁阀，起套延时t1秒的确定(以14到l5机架的距离除以14机架出口速度得到时间，来考虑气缸动作延时)应保证轧件刚好咬入l5机架时，起套辊刚好启动；当起套辊启动后，活套上游的14机架升速使14、l5之间生“多余”轧件以生成活套，起套过程结束后，14机架恢复活套高度设定值；根据电机的动态特性，当轧件刚咬入l5机架时，电机会产生一个动态速降，但是控制系统预先给l5机架以2%～4％的动态速降补偿，可以保证不会因动态速降而使刚咬入时产生太多“多余”轧件，即起始套高度为0，这一点可以从不投入活套仍能平稳咬入得到确认。

本申请中，PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、 积分、微分计算出控制量进行控制的，包括比例(P)控制、积分(I)控制、微分(D)控制。

本申请中，采用的是逆向调节，即当某一套活套高度变化时，该活套前所有机架均应根据活套套高调节量按照级联调速比例进行速度调节；为实现快速响应，采用带微分的PID控制。

本发明未详尽描述的方法和装置均为现有技术，不再赘述。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。